生物质燃料保障方案范文
时间：2023-11-01 17:41:54
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篇1
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.160
1 概述
生物质发电技术是上世纪七十年代以来，为了应对国际石油危机逐步发展起来的，能够将大自然广泛存在的可再生生物质能源转化为电能的一种新型技术，主要采用农作物秸秆和林业废弃物作为发电燃料。到了21世纪，随着化石燃料的进一步紧张，生物质能源利用也越发的重要起来，利用生物质能源能够有效地节约煤、石油、天然气等一次不可再生能源，是目前国际国内研究的前沿课题。
目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以达到保护矿产资源、保障国家能源安全、实现CO2减排、保持国家经济可持续发展的目的。但是由于国内生物质直燃发电起步晚，没有成熟的经验，设备制造水平低，而且我国的农作物品种繁多，种植方式多样，导致电厂燃料组成复杂，项目当地既有玉米、小麦秸秆等堆积比重较低的燃料，又有树皮枝桠、木材下脚料、棉花秸秆等堆积比重较高的燃料，不同的燃料热值、规格不一致，这就导致常规的燃料输送系统难以适应国内多种类生物质燃料的输送要求，为了将不同种类的燃料安全可靠的输运至炉前料仓，迫切需要开发适合于中国国情的燃料输送系统。
2 输送方式简介
生物质燃料的物理特性与煤炭不同，因此燃料的输送方案也有很大区别。通常情况下，从生物质燃料性质上来划分有“黄色燃料”和“灰色燃料”两种。“黄色燃料”主要是指玉米、小麦、水稻等轻质秸秆燃料；“灰色燃料”又称硬质燃料，主要是指棉花秸秆、树皮枝桠、荆条等木质燃料。由于“黄色秸秆”与“灰色秸秆”的物理特性、燃烧特性不同，因此两种燃料的输送系统也有非常大的区别。
2.1 黄色燃料输送系统
黄色燃料普遍密度较小，为了使收集和运输经济合理，所以在收集输送中一般采用打包压缩增加单位体积重量的方式，以减少运输成本。所以在国内黄色燃料输送系统设计时一般考虑燃料采用打包形式进行输送。近年来黄色燃料输送系统主要采用了秸秆捆抓斗起重机加链式输送机和解包机上料的方案，但是在什么地方进行解包，现在常用的有两种方案，一是将大包在上料系统中解包然后以散状物料型式输送至炉前，二是以包料型式输送至炉前，在炉前解包方案。方案一的核心技术是大包在上料系统中解包，即设置新型大包解包机。方案二在炉前解包，需要在锅炉炉前配有立式螺旋解包机，依靠不等径螺旋叶片旋转实现对料包的破碎。
经过对运行的电厂调研发现，单一的黄色燃料输送系统存在一些问题：首先，由于解包机对料包加工尺寸及工艺要求都比较严格，但是在技术、成本等因素影响下，国内燃料的包型尺寸或者密度上，大都不太合乎要求，所以经常造成秸秆燃料在输送中频繁堵料或者掉包，导致电厂不得不在厂内再利用打包机进行二次打包，提高了电厂的运行成本。其次大包上料系统在运行时经常会发生秸秆捆抓斗起重机抓取包料时，会发生掉包现象，了解后发现可能是因为打包不规格或者司机操作不熟练所致，在输送大包时，链条输送机上会发生卡包的现象，需要运行人员进行人工调整。
综上所述，单一的黄色燃料输送系统不仅存在以上难以解决的问题，而且由于这种输送系统只能够输送大包黄色秸秆燃料，一旦黄色燃料收购出现困难，难以利用其它燃料进行代替，适应性较差。
2.2 灰色燃料输送系统
由于灰色燃料粉碎后其物理特性与煤炭有些类似，可以部分参考燃煤电厂的输送方案，但是又有所区别，生物质电厂灰色燃料由于种类比较复杂，既有堆积比重较轻的树皮等纤维燃料，也有板材下脚料、树根等堆积比重较大的木质燃料，既有有木片、树皮及枝丫柴以切碎后的成品燃料进厂，也有树根、板材下脚料等大块的燃料进厂。灰色燃料的输送常采用两种布置方案：装载机或者其他上料设备和地下料斗配合上料方案，桥式抓斗起重机和地下料斗上料方案。
经过对电厂的调研发现，单一的灰色燃料输送系统同样会存在一些问题：在输送燃料的过程中容易出现篷料、洒料问题，而且由于输送系统只能输送散状物料，如果在灰色燃料短缺时候使用黄色燃料，就需要对黄色大包秸秆燃料进行人工或者利用其它设备解包，造成了运行的不方便，对各种燃料的输送适应性一般。
2.3 黄色和灰色燃料输送系统
我国国土面积辽阔，生物质资源种类繁多，当一个地区同时有黄色燃料和灰色燃料时，考虑到单一的一套黄色或者灰色燃料输送系统无法满足电厂燃料的输送要求，这就极大的制约了电厂的燃料收购，造成了电厂只能收购有限的几种燃料，提高了发电成本，也是对其它生物质资源的一种浪费。为了解决上料线功能单一的问题和适应多样的生物质来源，需要将黄色包状燃料输送和灰色散状燃料输送结合起来，不能简单设为两套系统的叠加。根据现有电厂运行经验和两种燃料的混合地点来看，现在大致有两种布置方案：系统在炉前料仓处进行混合，也可以在系统中部进行混合。
两种方案均能实现散状灰色燃料和包状黄色燃料的输送，其中方案一为单独设置的两套输送系统，由于炉前料仓位置较高，受皮带机倾角的限制，散料输送系统带式输送机的长度较长，初始投资较高。方案二散料输送系统通过转运站与包状燃料输送系统融合，散料输送系统带式输送机长度短，初始投资相对较省。
方案二燃料输送系统由大包线、散料线组成，大包线、散料线任意一条单独运行时均能能够满足机组满负荷的需要。散料线皮带输送机尾部设置有一台双螺旋给料机（小解包机）和辅料螺旋料斗，与大包系统配合，使整套上料系统既能满足上大包的需要，而且能够上小包和散状燃料，对燃料供应形式的适应性强。
3 总结
生物质发电工程与燃煤、油、气发电工程从原理上讲所使用的技术是基本相同的，最大的不同点是燃料不一样，生物质发电工程的燃料是生物质，其燃料流动性差、比重轻、体积大、颗粒不规则、热值低、热值波动大、化学成分变化大、自热霉变快，降解快、易燃，在生物质电厂中，从而导致燃料输送系统设计较为复杂，然而燃料输送系统在生物质电厂中又是一个极其重要的环节，针对各种
燃料的输送适应性，系统设计及设备选型均没有成熟经验可以借鉴，黄色、灰色两种燃料共同输送成功突破了国内单一物料输送的局限性，无论大小包、整散料、灰色还是黄色燃料，都能实现顺利输送，为生物质电厂不受农作物种类、大小等因素的限制，在全国大范围的推广奠定了基础，解决了黄色包状燃料和灰色散状燃料的混和输送问题，增加了可供锅炉燃烧的燃料种类，确保了电厂燃料来源的可靠性和稳定性。
参考文献：
[1]吴伟.单县生物发电示范项目燃料输送系统设计研究[J].电力建设，2006（12）：64-67.
[2]谢忠泉.生物发电黄色秸秆输送系统的研究[J].起重运输机械，2009（12）：5-7.
[3]张建安，刘德华.生物质能源利用技术[M].北京：化学工业出版社，2009（01）：1-3.
篇2
中图分类号： TK223文献标识码： A
一、生物质能的特点与发展生物质能意义
（一）生物质能的特点
1、可再生性
生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用；
2、低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的硫化物、氮氧化物较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；
3、广泛分布性
缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能。
4、生物质燃料总量十分丰富
根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋每年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。
（二）发展生物质能意义
生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。国外生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如加拿大、丹麦、荷兰、德国、法国、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。
我国生物质能研究开发工作，起步较晚。随着经济的发展，开始重视生物质能利用研究工作，从八十年代起，将生物质能研究开发列入国家攻关计划，并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我国的生物质能产业。生物质能是一个重要的能源，预计到下世纪，世界能源消费的40%来自生物质能，我国农村能源的70%是生物质，我国有丰富的生物质能资源，仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展，人们生活水平的提高，环境保护意识的加强，对生物质能的合理、高效开发利用，必然愈来愈受到人们的重视。因此，科学地利用生物质能，加强其应用技术的研究，具有十分重要的意义。
二、生物质能发电工艺
生物质锅炉是将生物质直接作为燃料燃烧,将燃烧产生的能量用于发电。当今用于发电的生物质锅炉主要包括流化床生物质锅炉和层燃锅炉。
（一）流化床燃烧技术
流化床燃烧与普通燃烧最大的区别在于燃料颗粒燃烧时的状态,流化床颗粒是处于流态化的燃烧反应和热交换过程。生物质燃料水分比较高,采用流化床技术,有利于生物质的完全燃烧,提高锅炉热效率。生物质流化床可以采用砂子、燃煤炉渣等作为流化介质,形成蓄热量大、温度高的密相床层,为高水分、低热值的生物质提供优越的着火条件,依靠床层内剧烈的传热传质过程和燃料在床内较长的停留时间,使难以燃尽的生物质充分燃尽。另外,流化床锅炉能够维持在 850℃稳定燃烧，可以有效遏制生物质燃料燃烧中的沾污与腐蚀等问题，且该温度范围燃烧NOx排放较低,具有显著的经济效益和环保效益。但是,流化床对入炉燃料颗粒尺寸要求严格,因此需对生物质进行筛选、干燥、粉碎等一系列预处理,使其尺寸、状况均一化,以保证生物质燃料的正常流化。对于类似稻壳、木屑等比重较小、结构松散、蓄热能力比较差的生物质,就必须不断地添加石英砂等以维持正常燃烧所需的蓄热床料,燃烧后产生的生物质飞灰较硬,容易磨损锅炉受热面。此外,在燃用生物质的流化床锅炉中发现严重的结块现象，其形成的主要原因是生物质本身含有的钾、钠等碱金属元素与床料(通常是石英砂)发生反应，形成K20·4Si02和Na20·2Si02的低温共熔混合物，其熔点分别为870℃和760℃，这种粘性的共晶体附着在砂子表面相互粘结，形成结块现象。为了维持一定的流化床床温,锅炉的耗电量较大,运行费用相对较高。
（二）层燃燃烧技术
层燃燃烧是常见的燃烧方式,通常在燃烧过程中,沿着炉排上床层的高度分成不同的燃烧阶段。层燃锅炉的炉排主要有往复炉排、水冷振动炉排及链条炉排等。采用层燃技术开发生物质能,锅炉结构简单、操作方便、投资与运行费用都相对较低。由于锅炉的炉排面积较大,炉排速度可以调整,并且炉膛容积有足够的悬浮空间,能延长生物质在炉内燃烧的停留时间,有利于生物质燃料的充分完全燃烧。但层燃锅炉的炉内温度很高,可以达到1000℃以上,灰熔点较低的生物质燃料很容易结渣。同时,在燃烧过程中需要补充大量的空气,对锅炉配风的要求比较高,难以保证生物质燃料的充分燃烧,从而影响锅炉的燃烧效率。
三、国内外生物质锅炉的开发及应用
生物质发电在发达国家己受到广泛重视，在奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典等欧洲国家和北美，生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。
（一）国外生物质锅炉的开发及应用
生物质锅炉的技术研究工作最早在北欧一些国家得到重视，随焉在美国也开展了大量研究开发，近几年由于环境保护要求日益严格和能源短缺，我国生物质燃烧锅炉的研制工作也取得了进展。生物质
燃料锅炉国内外发展现状示于表1。
美国在20世纪30年代就开始研究压缩成型燃料技术及燃烧技术，并研制了螺旋压缩机及相应的燃烧设备；日本在20世纪30年代开始研究机械活塞式成型技术处理木材废弃物，1954年研制成棒状燃料成型机及相关的燃烧设备；70年代后期，西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等国家也开始重视压缩成型技术及燃烧技术的研究，各国先后有了各类成型机及配套的燃烧设备。
丹麦BWE公司秸杆直接燃烧技术的锅炉采用振动水冷炉排，自然循环的汽包锅炉，过热器分两级布置在烟道中，烟道尾部布置省煤器和空气预热器。位于加拿大威廉斯湖的生物质电厂以当地的废木料为燃料，锅炉采用设有BW“燃烧控制区”的双拱形设计和底特律炉排厂生产的DSH水冷振动炉排，使燃料燃烧完全，也有效地降低了烟气的颗粒物排放量。同时，还在炉膛顶部引入热空气，从而在燃烧物向上运动后被再次诱入浑浊状态，使固体颗粒充分燃烧，提高热效率，减少附带物及烟气排放量。流化床技术以德国KARLBAY公司的低倍率差速床循环流化床生物质燃烧锅炉为代表。该锅炉的特点主要体现在燃烧技术上。高低差速燃烧技术的要点是改变现有常规流化床单一流化床，而采用不同流化风速的多层床“差速流化床结构”。瑞典也有以树枝、树叶等作为大型流化床锅炉的燃料加以利用的实例。国内无锡锅炉厂、杭州锅炉厂、济南锅炉厂等都有燃用生物质的流化床锅炉。
（二）我国生物质锅炉的开发及应用
我国生物质成型燃料技术在20世纪80年代中期开始，目前生物质成型燃料的生产已达到了一定的工业化规模。成型燃料目前主要用于各种类型的家庭取暖炉(包括壁炉)、小型热水锅炉、热风炉，燃烧方式主要为固定炉排层燃炉。河南农业大学副研制出双层炉排生物质成型燃料锅炉，该燃烧设备采用双层炉排结构，双层炉排的上炉门常开，作为燃料与空气进口；中炉门于调整下炉排上燃料的燃烧和清除灰渣，仅在点火及清渣时打开；下炉门用于排灰及供给少量空气。上炉排以上的空间相当于风室，上下炉排之间的空间为炉膛，其后墙上设有烟气出口。这种燃烧方式，实现了生物质成型燃料的分步燃烧，缓解生物质燃烧速度，达到燃烧需氧与供氧的匹配，使生物质成型燃料稳定、持续、完全燃烧，起到了消烟除尘作用。20世纪80年代末，我国哈尔滨工业大学与长沙锅炉厂等锅炉制造企业合作，研制了多台生物质流化床锅炉，可燃烧甘蔗渣、稻壳、碎木屑等多种生物质燃料，锅炉出力充分，低负荷运行稳定，热效率高达80％以上。浙江大学等也开展了相关研究工作。下面介绍两种国产的代表性锅炉。
1、无锡华光锅炉股份有限公司
锅炉为单锅筒、集中下降管、自然循环、四回程布置燃秸秆炉。炉膛采用膜式水冷壁,炉底布置为水冷振动炉排。在冷却室和过热器室分别布置了高温过热器、中温过热器和低温过热器。尾部采用光管式省煤器及管式空气预热器。炉膛、冷却室和过热器室四周全为膜式水冷壁,为悬吊结构。锅筒中心线标高为32100m。锅炉按半露天。布置进行设计。
2、济南锅炉集团有限公司
济南锅炉集团有限公司在采用丹麦BWE技术生产生物质锅炉的同时,也开发出循环流化床生物质锅炉,其燃料主要为生物质颗粒。其燃料主要通过机械压缩成型,一般不需添加剂,其颗粒密度可达到1～017t/m3,这样就解决了生物质散料因密度低造成的燃料运输量大的问题。但颗粒燃料的生产电耗高,一般每生产1t颗粒燃料需耗电30～
55kW,因而成本较高,大约在300元/t。循环流化床锅炉炉内一般需添加粘土、石英沙等作为底料已辅助燃烧。由于燃料呈颗粒状,因而上料系统同输煤系统一致,很适于中小型燃煤热电厂的生物质改造工程,在国家关停中小型燃煤(油)火力热电政策和鼓励生物质能开发政策下有广阔的市场前景。
四、我国生物质直燃发电政策
我国具有丰富的新能源和可再生能源资源，近几年在生物质能开发利用方面取得了一些成绩。2005年2月28日通过了《可再生能源法》，其中明确指出“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”，它的颁布和实施为我国可再生能源的发展提供了法律保证和发展根基。随后，与之配套的一系列法律、法规、政策等陆续出台，如《可再生能源发电有关管理规定》(发改能源[2006]13号)、《可再生能源发电价
格和费用分摊管理试行办法》(发改价格[2006]7号)、《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》(发改价格[2007]44号)、《关于2006年度可再生能源电价补贴和配额交易方案的通知》(发改价格[2007]
2446号)、《关于2007年1—9月可再生能源电价附加补贴和配额交易方案的通知》(发改价格[2008]640号)等的。与此同时，国务院有关部门也相继了涉及生物质能的中长期发展规划，生物质能的政策框架和目标体系基本形成。2012年科技部日前就《生物质能源科技发展"十二五 "重点专项规划》、《生物基材料产业科技发展"十二五"专项规划》、《生物种业科技发展"十二五"重点专项规划》、《农业生物药物产业科技发展"十二五"重点专项规划》等公开征求意见。表示将建立政府引导和大型生物质能源企业集团参与科技投入机制，推进后补助支持方式向生物质能源科技创新倾斜，形成政府引导下的多渠道投融资机制。这些政策的出台为生物质发电技术在我国的推广利用提供了有力的保障。
四、高效洁净生物质锅炉的开发应用建议
（一）重点开发适用于秸秆捆烧的燃烧设备
目前对生物质直接燃烧的研究，比较多地集中在生物质燃烧特性、燃烧方法和燃烧技术等方面，而对各种燃烧技术的经济性研究较少，更缺乏对不同燃烧方法、燃烧技术经济性的比较分析。实际上，由于生物质(尤其是农作物秸秆)原料来源地分散，收集、运输、贮存都需要一定的成本，有些燃烧技术需先对生物质燃料进行干燥、破碎等前期加工处理，真正适用的、值得推广的是能源化利用总成本最低、从收集到燃烧前期加工处理过程耗能最少、对环境影响最小的技术。例如，对于秸秆类生物质，捆烧将会是最有市场竞争力的燃烧方法，所以，应针对我国农村耕种集约化程度较低的现状，开发各种秸秆的小型打捆机械，并重点开发适用于秸秆捆烧的燃烧设备。农林加工剩余物(如甘蔗渣、稻壳、废木料等)则宜就地或就近燃烧利用，如剩余物数量较大且能常年保证供应，则可作为热能中心或热电联产锅炉燃料，热电联产的锅炉型式应优先采用循环流化床锅炉，数量较少或不能保证常年供应的，则可采用能与煤混烧的燃烧设备。
（二）加大科技支撑力度,加强产学研结合,突破关键技术和核心装备的制约
加大科技支撑力度,尽快将生物质能源的研究开发纳入重大专项,开发低成本非粮原料生产燃料乙醇和高效酶水解及高效发酵工艺,研究可适用不同原料、节能环保的具有自主知识产权的生物柴油绿色合成工艺,开发适宜中国不同区域特点的高效收集秸秆资源、发展成型燃料的关键生产技术与装备。
（三）做好技术方面控制
生物质锅炉的开发过程中应当克服以下技术问题：
1、粉尘控制与防火防爆
目前生物质电厂的燃料储运是在常压下进行的，由于生物质燃料自身的特点，在其粉碎过程中或者在运输过程中出现落差的情况下，会产生大量的粉尘，导致了上料系统合锅炉给料系统的粉尘含量高，粉尘浓度甚至进入爆炸极限范围，存在极大的安全隐患。
针对这种情况，需要我们根据国内燃料供应情况，在燃料粉碎、运输及上料环节上对生产工艺做相应修改，如采用封闭式负压储运；在落差较大的位置设置除尘装置；增设粉尘浓度传感器对粉尘进行实时监测；保持料仓的通风性良好，监测并控制料仓的温度、湿度。
2、燃料输送系统的简化
目前燃料输送系统和锅炉给料系统环节较多，工艺复杂，螺旋和斗式提升机经常堵塞的现象。燃料输送系统故障会导致炉前料仓断料，不能满足锅炉负荷下的燃料供应。
为了避免这种现象发生，可以考虑改进现有的给料工艺，减少给料环节，不采用斗式提升机，改用栈桥、皮带，直接将料仓的料输送到炉前料仓。同时严格控制燃料湿度和粒度，防止燃料结团、缠绕，并改进自动化控制手段，保证输料系统连续稳定运行。
3、结焦和腐蚀
生物质燃料的成分和煤粉存在极大差异，尤其灰分中含有大量碱金属盐，这些成分导致其灰熔点较煤粉的灰熔点低，容易产生沾污结焦和腐蚀。因而生物质锅炉产生结焦、腐蚀的工况参数与普通燃煤炉不同，应该根据燃料性质及燃烧特性的不同，对锅炉及其辅助设备的工艺设计提出不同要求，并改进相关自动化控制使工艺运行环境符合现有设备要求。
随着国家大气污染排放标准的提高，因重视对废气排放的控制，炉内脱硫技术是控制空气污染的有效方法。循环流化床是我国燃煤发电重要的清洁煤技术。历经二十余年的发展，我国掌握了300MW亚临界循环流化床锅炉设计制造运行的系统技术，发展超临界参数循环流化床锅炉已经势在必行。国家发改委自主研发超临界600MWCFB锅炉是当前技术的典范。
参考文献
[1]刘强,段远源,宋鸿伟.生物质直燃有机朗肯循环热电联产系统的热力性能分析[j].中国电机工程学报,2013年26期.
篇3
【关键词】乙醇;生产;性质
0.前言
随着人们对全球性能源危机认识的不断加深及环境保护意识的不断加强，从20世纪70年代中期开始，利用生物技术和可再生资源进行乙醇的工业化生产，并以此作为石油能源的替代物成为各国的研究热点。更重要的是, 乙醇是太阳能的一种表现形式，在整个自然界大系统中，乙醇的生产和消费过程可形成无污染的闭路循环，永恒再生永不枯竭。
1.燃料乙醇在我国的发展情况[1]
早在20 世纪30 年代,美国就开始了燃料乙醇的研究及应用工作[2]。我国以燃料乙醇为代表的生物质液体燃料的发展始于20世纪90年代中期，经历了试点、扩大试点两大阶段。由于燃料乙醇在中国的推广使用还处在初级阶段，产销的各个环节政府行为色彩比较浓，离真正的市场化有很大距离。为了合理的利用资源，国家对燃料乙醇的立项投产非常谨慎，受到严格控制。2004年2月10日，八部委联合下发《车用乙醇汽油扩大试点方案》和《车用乙醇汽油扩大试点工作实施细则》，在我国部分地区开展车用乙醇汽油扩大试点工作。
根据统计，2007 年全球生物乙醇产量已达4500 万t，预计2020 年前后将发展到2 亿t，相当于现在世界石油生产量的5%。我国已有吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生物化学股份有限公司、黑龙江华润酒精有限公司4 家燃料生物乙醇生产企业，基础产能132 万t/a。根据国家“可再生能源中长期发展规划”，我国非粮燃料生物乙醇产量在2010 年将达200 万t/a，在2020 年将达1 000 万t/a。
2.燃料乙醇的理化性质及其发展前景
乙醇的分子组成是C2H5OH，无限溶于水，而与烃类燃料的相溶性很差。乙醇的理化性质见表1。乙醇可以单独作为燃料使用，也可以和汽油等混合使用。使用乙醇体积分数为85%与汽油体积分数为15%的混合燃料，而不改变其他条件，与常规汽油相比， 碳氢化合物排放降低5%，氮氧化合物排放减少40%，CO增加约7%[3]。
乙醇的理化性质:
颜色：无色
气味：特殊香味
挥发性：易挥发
溶解性：能与水互溶；也能溶解很多有机物
状态：液体
乙醇热值较低、汽化潜热较高、抗爆性能好、氧含量高, 在少量水存在的情况下还容易产生相分离。
3.结束语
随着乙醇技术的不断完善及工业化的成功运行，纤维素、木薯等将为燃料乙醇的生产提供几乎无限的原料保障。据有关部门统计，目前，全国每年仅农作物秸秆约有7亿吨，其中作为农村燃料消耗2亿吨。若将其余5亿吨用来生产乙醇，可产乙醇7000万吨。加上木材工业下脚料，制糖造纸工业下脚料和城市废纤维垃圾，总计可得乙醇8500万吨，比全国汽油消耗总量还要多[4]。
虽然燃料乙醇在我过的生产水平还处于初级阶段，相关技术和标准还有待于完善。相信随着我国社会经济的不断发展，科技的不断创新，燃料乙醇的应用范围也将由车用乙醇汽油扩展到车用乙醇柴油等更为广泛的领域，从而保证人们在享受高水平生活质量的同时，保护石油等不可再生能源保持可持续发展。■
【参考文献】
［1］龚德词.生物乙醇的生产与发展[J].当代化,2009,(2)：178-181.
［2］张以祥,曹湘洪,史济春.燃料乙醇与车用乙醇汽油[M].中国石油出版社,2004,8:13-15.
篇4
关键词： 智能；耐热；混凝土
前言
核能发电虽然已使用了约60年,但只在某些国家才得到了足够的重视。核能发电会产生大量含有放射性物质的乏燃料，这些放射性核燃料通过自然衰变释放出大量热能，可能导致普通水泥混凝土容器受高温作用（最高达1000℃以上）而严重破裂和泄漏，从而造成重大安全事故。因此，研制出一种耐热混凝土来存放此核燃料是非常有必要的。
但是，仅仅是耐热还不能够满足要求。为了防止重大工程结构发生突然破坏，除了耐热，该混凝土最好要有智能的特点，其智能体现在利用表面粘贴的或植入的压电片产生兰姆波，并采集反射波，据此判定结构的损伤程度。
据上分析，在高达1000℃以上高温环境的作用下，普通混凝土会在无预警或预报条件下发生解体破坏，很容易导致核安全事故的发生。因此，研究一种具有智能自感知特性、可长期耐高温的新型混凝土材料是非常有必要的。
1、研究意义
人们早已意识到不可再生资源总有一天会日渐耗竭，随着紧缺的石油资源问题日益突出，国际油价持续攀升，各国对能源资源安全关注程度也随之普遍上升。维护国家能源安全是当今世界各国面临的重大课题，无论是发达国家，还是发展中国家都将保障能源安全作为国家能源战略的首要目标。因此，能源安全是当前世界各国面临的重大课题，而和平利用核能发电是缓和能源危机的一种经济有效的措施，在许多国家已得到大力发展和重视。从全球范围来看，目前世界电力供应的13%～15％来自核电。世界上的主要消费能源大国对核能的依赖程度更高。各国核电占本国总电力的比例分别为：法国77%、韩国38%、德国32%、日本30%、美国20%、英国20%、俄罗斯16%。相比而言，中国核电在电力结构中比重小很多，据网上资料报道，截止2011年3月，中国共有13台投入运行，装机容量仅占全国电力装机总容量的1.8%左右。根据我国《核电中长期发展规划》，到2020年，我国核电运行装机容量争取达到4000万千瓦；到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占电力总装机容量的10%）。2011年日本福岛核电站事故的发生，引发全球对核能安全的高度关切，在欧洲掀起反核热浪，德国、法国、意大利等国爆发反核示威游行。多个国家核电发展计划紧急刹车，德国宣布关闭七座1980年以前投入运营的核电站，并暂停延长核电站运营期限计划，瑞士、韩国、印度和中国等都决定重审本国的核电发展计划。但是美、法、英等国都已相继明确表态，不会因为核事故的发生而放弃发展核能。根据联合国环境规划署的《2010全球可持续能源投资趋势》：2009年可再生能源发电约占全球发电总量18%，其中水电占了15%，风能、太阳能、生物质能等发电量加起来仅占全球总发电量的3%。在中国，2009年煤电占电力总装机容量的75%，水电装机约占22.5%，风电、太阳能、生物质能等发电所占比例不足1%。各种可再生能源的发展都有局限性，尚无法在电力结构中替代核能的地位。因此，核能发电仍是未来世界新能源发展的重要方向之一。
但是，核能在发电的同时，会伴随产生大量的核废料或乏燃料。这些核废料是强放射性物质，会严重危害人类的生存和健康。据报道，一座100万千瓦的核电站一年能产生几十吨放射性废料，这些核废料加工处理后将产生4立方米高辐射核废料、20立方米中辐射核废料、140立方米低辐射核废料和200立方米非辐射核废料。按照国家能源局规划，2020年我国核电总装机容量将超过5000万千瓦（新浪），每年产生的核乏燃料将达3000余吨。
2、国内外研究现状
（1）新型耐高温混凝土材料
2008年，“5.12”汶川地震发生后，我国存放的核废料面临严峻形势。因此，彭士禄院士了解了国内在这方面已经开展的工作，而且还重点调研了美国的核废料水泥固化的进展。上世纪九十年代初，以美国阿贡国家实验室为代表成功开发了一种处理核废料的化学固结磷酸盐陶瓷材料（Chemically bonded phosphate ceramic，CBPC)，这一发明在1996年被称为世界上100项最伟大发明之一。
篇5
供暖、汽车“吃电”不用“喝油”、作烧饭……新正在不知不觉中渗透我们的生活。记者从市科技局了解到，新能源产业被列入《湖州市战略性新兴产业发展“十二五”规划（2011-2015年）》重点发展的三大产业之一，被列为湖州市六大重点特色产业之一。而湖州市也计划在五年内投入研发资金1.8个亿，让新能源早日走进千家万户，成为我们生活中的必需品。
无“辫子”的纯电动巴士上路
说起电车，大家一定会想到我们在电视中看到的那种大“辫子”公交车，它依靠一根根电线拉着才能在城市中前行。再过几年，一种新型的不需要“辫子”的电动公交将出现在我们的生活中。湖州市微宏动力系统（湖州）有限公司的清洁城市交通，简称CCT解决方案正在研究开发中。在这一方案中提到，只要在公交车的起点、终点或者转成交叉点站场建设充，利用公交巴士在起点或者终点站场休息等待发车的间隙，对电动公交巴士快速充电。仅需10分钟，组就能充满，而公交巴士只需配置50kWh左右的电池组，就能满足单程或者一次往返的驾驶需要。
这样的纯电动巴士，无须使用燃油。在燃格日益增长的今天，运行成本无疑将大大降低，而基于先进的电池技术，电池组在巴士循环使用2万次之后仍可保留原始容量的70%。当电池容量下降到70%，电池将被取出作为储能或调节，进行“二次利用”。
“纯电动巴士依托于微宏该项创新电池技术，解决了纯电动巴士产业链条上的诸多瓶颈。”该公司市场部经理宋寒告诉记者。CCT纯电动巴士相对普通巴士而言，携带的电池数量少，意味着整车购买成本的下降。因此，这一解决方案也使得纯电动巴士的购置成本、运行费用大大降低，公交公司将不会增加额外的运营经济压力。在保护环境、的同时，还能使各方面的经济收益最大化。
据了解，随着城市公交巴士的全面电动化，未来五年，一个依托城市公交网络的充电站网络将逐步形成，这将为个人乘用车电动化提供重要的基础设施保障，解决充电站“鸡生蛋蛋生鸡”的矛盾，最终实现整个城市的交通电动化。
LED光源走进寻常百姓家
近几年，LED渐渐成为各种大型演出晚会的宠儿，它带来震撼的视觉光影效果。而LED灯也正在改变我们的生活，并逐渐扩展到了通用领域，从证券行情到股票机，从笔记本电脑到数码相机，从PDA到手机，从室内照明到汽车车灯，LED无处不在。而LED在技术慢慢成熟的过程中，也开始走进寻常百姓家，进入家庭照明。
不少人对LED光源已经耳熟能详，但是，LED究竟能给我们的生活带来多大改变，它是如何达到效果的？湖州市LED产业发展得如何？据市科技局高新处相关负责人介绍，湖州市以“晶日照明”、“浙江求是”、“海振电子”、“德清新源科技”为代表的半导体照明产业已渐成雏形，并在大功率LED路灯上取得了关键技术的突破。
该负责人还告诉记者，因为LED的节果，越来越多的LED生产厂家开始将产品延伸到家庭照明领域。LED灯作为革命性的节能灯，具有改变以往节能灯含有重金属毒素的污染，使用寿命更加长等特点。但是由于价格较昂贵，目前还少有人问津。随着价格的下降，未来5年，LED灯将会快步进入市民家居生活中。
究竟LED灯和普通灯具比起来有多节能，记者请“晶日照明”的相关负责人作了一个比较。在同等功率下，即瓦数相同时，高效节能灯比普通节能灯更亮。理论上，普通节能灯寿命约为5000小时，而室内LED灯的寿命可达5万小时。以每天用电5小时计算，它的寿命可达27年。在正常耗损前提下，一般按节能60%来算，10瓦的LED灯相当于普通直管荧光灯25瓦左右。
在未来几年，如何让LED光源在我们生活中发挥它的最大优势，在原有的基础上更加节能?无动力主动散热模块是“晶日照明”自主研发的路灯散热模块装置，可以实现对室内外广泛应用的LED照明灯具带来全新的散热效果。简单地说，这其实是一个利用散热的装置。通过灯具运作过程中产生的热量与周边空气产生温差，形成空气对流，主动散热模块应用产生的空气对流经行收缩扩张，进而产生高频率上下震动运动形式，形成高强度对流风，对灯具散热片经行有效散热。“不要小瞧这样一个小小的装置，它的成功应用，可以在路灯、庭院灯、公园灯的使用中节约不少铝材成本，省电又能使LED路灯的使用寿命更长，减少LED光衰。”该公司项目负责人告诉记者。
垃圾年发电1.4亿千瓦时
取之不尽，用之不竭的的开发利用一直是市民关注的热点，可再生能源包括太阳能、风能、水能、、等。它们不仅对环境无害或危害极小，而且分布广泛，适宜就地开发利用。
近年来，湖州市风能、太阳能利用进展迅速。而能的利用主要有生物质气化发电、生物质燃料制作和农村使用四种方式。截至目前，全市已具有生物质能发电35兆瓦以上。湖州市已建成垃圾焚烧发电工程3个，现均已投入发电，分别是湖州南太湖环保能源有限公司、长兴新城环保有限公司和德清佳能垃圾焚烧发电有限公司，总装机容量达3万千瓦，垃圾日处理能力达1700吨，年超过1.4亿千瓦时，另外每年可供热40万吉焦，日均处理垃圾1500余吨，实现了垃圾无害化、减量化、资源化。
此外，湖州市还将重点支持生物质发电关键技术及发电原料预处理技术及装置，生物质固体燃料致密加工技术、高效燃烧技术及装置，生物质气化和液化技术与装置，新型生产技术与装置。在工厂、养殖场和种植场推广太阳能热和生物质能联用的技术，养殖场等场合沼气的大规模利用，农林（竹）废弃物的高效资源化和能源化利用等。
五年投资1.8个亿
记者了解到，未来五年，湖州市将以构筑长三角地区新能源产业基地为目标，扩大新能源产业规模，预期通过太阳能、风能、生物质能、LED相关领域50项重点研究和优选课题的实施，培养和扶持50家具有发展潜力的高新技术企业，使其核心产品和关键技术的自主创新能力达到国内领先水平，突破50项关键共性技术，形成50项具有市场竞争力的产品；获得专利（软件著作权和标准）50项以上，其中发明专利30项；培养各类人才1000名以上；使新产品贡献率和市场占有率显著提高，培育3家销售收入超50亿元的企业（集团）。
重点支持可再生及相关产品、新型高效能量转换与储存技术和相关产品、LED相关高效节能技术和产品这三个方面的技术和相关领域。
根据实施方案，湖州市采用分批立项、重点支持的滚动式发展方法，每年立项1至2个重大科技专项项目。
篇6
“杜邦211年的发展历程就很好地诠释了一家企业可持续发展的理念和战略。”杜邦可持续解决方案事业部市场总监王辛说。杜邦二百余年里的发展轨迹就是不断地修正发展思路的历程，以史为鉴，可以给人们提供诸多可持续发展的思考。
主动应对环保危机
杜邦从不回避自己所承担的环保责任。当一个产品一旦证明对环境有害，杜邦就会选择缩短其生命周期并寻找替代品。20世纪80年代后期，杜邦对于环境问题的关注越来越影响公司前沿业务。1988年，美国国家航空航天局（NASA）的科学家证实氯氟烃对臭氧层有破坏作用。当时杜邦生产的氯氟烃占全国销量的一半，占世界氯氟烃供应的25%。杜邦在NASA结果公布后的72小时就宣布停止生产该产品。杜邦一部分科学家对氯氟烃影响臭氧层的数据进行评估，另一部分科学家则开始着手寻找氯氟烃的替代品。1989年底，杜邦为20多种不含氯氟烃的制冷剂申请了专利，并在1990年实现了相关替代品的商业生产。
从1990年开始，杜邦开始在企业内部落实企业环境计划管理流程，在生产链条中，通过减少生产过程中物料和能源的使用量来减少废弃物和有毒物质的排放，并对废弃物进行循环利用，将“循环经济三原则”即减量化原则（Reduce）、再使用原则（Reuse）和再循环原则（Recycle）创新地应用到生产制造过程中。
减量化原则（Reduce）要求用较少的原料和能源投入来达到既定的生产和消费目的，从经济活动的源头节约资源和减少污染。杜邦色宾河工厂是杜邦能耗最高的工厂，为了降低能耗，工厂改造了关键的工艺设备，修复含有跑冒滴漏问题的蒸汽阀门等，为工厂节约了5400亿英国热量单位的能源。从生产源头节约能源，提升工厂的生产效率。
再使用原则（Reuse）指多次或以多种方式使用物品或材料。对于那些未来具有发展前景的产品，杜邦则会想办法延长其寿命，不断开发它的多种应用方式。比如将应用在消防服领域的隔热防火材料改变结构后应用到飞机上，之后再应用到高速列车上。
再循环原则（Recycle）即要求生产出来的物品在完成其使用功能后能重新变成可以利用的资源，而不是垃圾。杜邦创新的建筑可对全球范围杜邦15家工厂每年近4万吨的固体垃圾进行处理和提取，由回收生产过程中产生的副产品可以为公司带来220万美元的营收。
“循环经济三原则”在生产流程中的应用使得杜邦在面对环保危机的时候从被动转为主动，有效地提升了生产效率并增加了营收。
杜邦创新的建筑可对全球范围杜邦15家工厂每年近4万吨的固体垃圾进行处理和提取，由回收生产过程中产生的副产品可以为公司带来220万美元的营收。
发展绿色能源
杜邦从黑火药起家，进入化工领域，如今又在第三个百年开始向市场驱动的科学公司转型，从可持续发展的角度向生物质能源和生物基材料领域进军。
谈及生物燃料时，通常想到的农作物是生产乙醇用的玉米，但杜邦已经有技术通过利用玉米的穗轴、叶片和秸秆来生产乙醇，利用纤维质材料提高每英亩的燃料产量，从而减少对食用农作物的使用。而当杜邦发现生物丁醇比乙醇更具发展前景时，2006年杜邦计划与英国石油公司合作开发、生产和销售新一代生物燃料丁醇，用作可再生的运输燃料。两家公司于2007年底在英国市场上推出了生物丁醇，用来逐渐替代汽油作为车用燃料。起先生物丁醇是从粮食作物中制取的，比如谷物、小麦、甜菜、甘蔗和高粱，而杜邦的长远规划则是以谷物秸秆这样的纤维素为原料来制取生物丁醇。
此外，杜邦在“建设可持续的粮食体系”的目标下承诺在全球范围内投入高达百亿美元的研发资金，以满足各地民众在增强营养、可持续发展和安全性方面的需求。对生物技术领域的投资是杜邦在中国农业改革战略的重要组成部分。2012年，杜邦在中国建立分子育种技术中心，该技术中心会利用杜邦先锋称之为高产技术体系（AYTTM） 的专有分子育种模型，可在育种过程中比只用传统方法更早地发现高质量的基因组合，以此开发更加优质高产的农作物种子。
用管理支撑可持续发展
无论是应对环保危机，还是应对未来的发展，杜邦的可持续发展战略得益于三方面的支持。
首先是强有力的领导力。公司领导亲自推行组织变革，将可持续发展和环境保护放在与生产、质量、成本以及其他业务指标同等重要的地位。在杜邦这被称为“有感领导”。“科技能解决一部分问题，但更要的是人的因素。”王辛如是说。
其次是组织架构。可持续发展是杜邦的一项直线责任，融入到每一个部门的绩效指标中。其中有代表性的就是杜邦的“能力中心”。以节能能力中心为例，这是一个虚拟的组织机构，它由一名高层领导作为企业节能文化的倡导者居中协调，与各企业的节能项目负责人以及公司内的能效专家建立明确的沟通渠道。能力中心是储备、沟通、分享全企业的经验和最佳实践的有效载体，可以帮助高层管理人员快速评估各工厂的行动的有效性。
篇7
一、重点整治范围
（一）“三区”区域
1.集中供热管网覆盖区
（1）热电厂（景源热力）热网覆盖区：经济开发区独黎公路以南区域、街道工业园区和景业园区。
（2）荣晟环保纸业股份有限公司热网覆盖区：经济开发区独黎公路以北区域。
（3）虹霓供热点（圣普新能源生物质成型燃料锅炉）热网覆盖区：虹霓供热点周围2公里区域内。
2.天然气管网覆盖区
路以西、（经济开发区兴平四路）以东、路以北、路以南。
3.中心城区
路以西、以东、路以北、路以南。
（二）“四路”两侧
公路、东西、公路和高速公路段等4条公路两侧各300米范围内。
二、重点整治对象
（一）“三区”区域内的所有燃煤锅炉（热电联供单位锅炉除外，下同）。
（二）“四路”两侧烟尘烟色超标排放的燃煤锅炉。
三、整治目标
在“三区”区域和“四路”两侧范围内，以淘汰和改造为手段，全面开展燃煤锅炉环境污染整治工作，主要整治目标：
（一）全面淘汰“三区”区域的燃煤锅炉。到2012年底，“三区”区域内燃煤锅炉淘汰率达到60%；到2013年底，全面完成淘汰任务。
（二）建成“四路”两侧烟尘控制区。到2012年底，“四路”两侧烟尘控制区内燃煤锅炉烟气治理设施配置率和烟尘烟色达标率均达到95%；到2013年底，烟气治理设施配置率和烟尘烟色达标率达到100%。
四、整治要求
（一）“三区”区域：积极推进集中供热管网和天然气管网建设，“三区”区域内燃煤锅炉一律拆除。2013年底前，集中供热管网可通达的区域，拆除燃煤锅炉后原则上须改用集中供热；集中供热管网未通达或因工艺要求需使用自备锅炉的单位，须改用清洁能源。中心城区内不得使用生物质燃料。
（二）“四路”两侧：全面开展燃煤锅炉烟气净化设施建设和改造，鼓励开展清洁能源改造，加强锅炉烟气净化处理设施运行管理，确保烟尘烟色达标排放。
（三）“三区”以外区域：鼓励自备燃煤锅炉的单位改造使用清洁能源，鼓励各镇街道和相关企业在供热需求企业较为集中的区域建设清洁能源集中供热点。
（四）“三区”区域和“四路”两侧范围以外区域的燃煤锅炉整治参照执行。
五、整治步骤
（一）下达任务。2012年4月底前，各镇街道要做好宣传动员工作，将重点整治任务（见附件2）下达到整治单位，严格按照整治类型和完成期限落实有关政策措施。
（二）督查指导。各镇街道开展经常性督查行动，及时掌握整治进度，并做好指导服务工作，解决有关单位整治工作中的实际困难，每季将整治动态进度上报市环保局。市天然气公司和供热公司配合做好有关单位整治工作。
（三）组织验收。锅炉使用单位在完成整治工作后，经所在镇街道预审后，向市环保局提出验收申请，由市环保局会同有关单位组织验收。
六、职责分工
燃煤锅炉整治是一项涉及面广、难度大的综合性工作，各有关部门要密切配合，共同推进。
（一）市环保局：负责对“四路”两侧锅炉使用单位烟气进行执法检查，对烟尘烟色超标排放单位依法立案查处；负责燃煤锅炉拆除、烟气净化设施改造项目和清洁能源改用项目验收。
（二）市经信局：负责推进集中供热管网建设和清洁能源替代使用工作。
（三）市质监局：负责对拆除的燃煤锅炉办理注销使用登记手续，加强对燃煤锅炉拆除、改造项目的技术指导。
（四）市规划建设局：负责天然气管网、集中供热管网等基础设施建设规划的编制，并督促有关单位实施。
（五）市天然气公司和供热公司：负责相应管网建设，加快建设进度，扩大覆盖范围，满足用户需求，并积极配合有关用户做好改造工作。
七、保障措施
（一）加强领导。为切实做好燃煤锅炉环境污染整治工作，成立市燃煤锅炉环境污染整治工作领导小组，由市政府分管领导任组长，市环保局局长任副组长，有关部门负责人为成员。领导小组下设办公室，负责每季度组织开展对整治单位的现场督查，通报整治进度。同时，将整治工作列入市政府与各镇街道签订的生态建设和环境保护目标责任书。
（二）严格监管。根据《大气污染防治法》等有关规定，我市将“三区”区域和“四路”两侧范围划定为禁燃区，禁止使用高污染燃料。其中，“三区”区域禁止使用原（散）煤、煤矸石、粉煤、煤泥、燃料油（重油和渣油）、各种可燃废物和直接燃用的生物质燃料（树木、秸杆、锯末、稻壳、蔗渣等）以及燃料中污染物含量超过国家规定限值的固硫蜂窝型煤、轻柴油、煤油和人工煤气；“四路”两侧范围禁燃除原（散）煤以外的上述其他高污染燃料。市环保局要加强执法，对屡劝不改，继续使用高污染燃料和随意焚烧边角料及其他工业废物、直接燃用生物质燃料造成烟尘、烟色超标排放的单位依法立案查处。对逾期未完成整治任务的单位，有关部门取消其一切评先评优或补助资格。
（三）实行补助。鼓励燃煤锅炉使用单位积极开展整治工作，对按时完成整治任务的单位给予资金补助。
1.拆除燃煤锅炉和烟囱的，按锅炉蒸吨数实行补助。具体标准为：立式锅炉每蒸吨2万元，其中，0.1蒸吨及以下锅炉补助0.3万元；卧式锅炉1蒸吨以下补助3万元，1蒸吨及以上锅炉以4万元为补助基数，每增加1蒸吨再补助2万元。
2.因工艺要求或管网未到需使用自备锅炉的，改用清洁能源按设备投资的10%给予补助，单个项目上限为10万元。
篇8
(一)现代化进程中的能源需求
中国正处于工业化、城镇化快速发展阶段。可以预期的是,在未来较长时期内,中国经济仍将会保持较快的发展速度,并逐步完成工业化和城市化,在2030年左右将达到中等发达国家的水平。
在这一过程中,公众对生活质量、居住环境、城市状况等将提出越来越高的标准,生活方式和消费方式将会发生越来越显著的变化。汽车保有量的持续增长、住房面积的扩大,以及在此基础上形成的衍生需求将成为经济和社会持续发展的最主要动力。这将导致经济结构的一系列变化,也将带来能源消费总量的持续增长,特别是对石油和天然气消费的增长。根据国内外有关研究机构的预测,到2030年,我国的能源需求总量将会达到50―60亿吨标煤。
(二)以煤为主的能源战略
从中国的资源条件和现有的技术发展看,能源自给率的保障只能来自于煤炭资源的大规模使用,以煤为主的能源战略是不可避免的选择。
首先,中国缺乏油气资源是一个公认的事实。至2007年末,剩余技术可开采储量为石油28.32亿吨,天然气3.2万亿立方米(2007年统计年鉴)。2007年的石油产量为1.86亿吨,消费量为3.66亿吨。天然气产量为692亿立方米,消费量为695亿立方米(不包括液化石油气)。以年产2亿吨计算,石油的可开采年限为14年。
其次,中国的煤炭资源储量相对丰富。根据第三次全国煤炭资源评价数据(1999年),全国煤炭资源总量达到5.57万亿吨,已发现煤炭储量1.02万亿吨,已查证煤炭储量6769亿吨,其中精详查储量4433亿吨。随着勘探工作的深入,煤炭资源精详查储量将会有较大幅度的增长。从近年来内蒙、新疆和陕西煤炭储量迅速增长的趋势清晰地反映了资源的潜力。
第三,受技术、成本、资源量、可利用程度、实际运行时间等多方面因素的制约,水电、太阳能、生物质能等新能源和可再生能源在能源的供应总量中所占比重将是有限的,并在相当大程度上取决于政府财政的补贴能力和数量。
尽管对煤炭储量的准确数据、煤炭能否支持中国的能源需求、煤炭与温室气体的关系等存在较大的争议。但煤炭是现有技术条件下中国储量最多的一次能源资源,无论对煤炭资源量、应用技术和环境问题存在何种分歧,在新的、革命性能源供应方式出现之前,中国只能主要依靠煤炭资源来保障未来能源供应的可靠性,这是无法改变的事实。
二、替代油气资源是国家能源战略的基础
(一)我国能源的关键问题是油气短缺
中国能源问题的实质是油气资源短缺,关键问题是对石油天然气的需求远远超过国内资源可以承担的程度。保障能源自给率的关键是在液体燃料、气体燃料和化工原料等领域中实现煤炭对石油的可替代。
经济发展、城市化和现代化的一个必然结果是,液体和气体燃料显著地替代煤炭等固体燃料,其中最为突出的是汽车生产量和汽车拥有量的迅速增长。1990年全国汽车产量仅为51.4万辆,到2009年汽车产量已增加到1379万辆,18年间增长了27倍,年均增长率为19%。其中2000―2009年,汽车产量的增长率23%以上。预计2010年汽车总产量将达到1700万辆以上。中国已迅速取代了美国成为全球最大的汽车生产国和消费国。到2020年,汽车保有量超过2亿辆已成定局。
由此形成的直接后果是对油气资源需求量的迅速增长。IEA数据显示,到2030年中国石油消费量将达到10.5亿吨标油,天然气消费量将达到2.76亿吨标油(3340亿方)1。即使中国石油产量能够保持在现有的2亿吨,石油的进口量将可能高达9亿吨,石油的自给率已不到20%。如在资源储量方面没有重大突破,天然气的生产量也不可能有大的提升,天然气的自给率大体将会和石油相当。考虑到这些预测数据大多是在多年平均增长率基础上得出,如果实际的能源需求超过前述的预测,油气资源的自给率将会进一步下降。
(二)以煤为主战略的关键是煤的化工转化
国家能源战略的核心目标是减少关键领域中对进口资源的依赖,以保障国内经济发展的稳定性和控制能源的总体成本。基于这些目标,在液体燃料、气体燃料和化工原料领域中逐步扩大煤炭资源对油气资源的替代是不可避免的。煤化工产业是将煤炭转换为液体燃料、气体燃料和化工原料的基本途径,因而也是在关键的能源领域中保障自给率,落实以煤为主能源战略的基础。
随着液体燃料、气体燃料和化工原料在能源消费总量中比重的逐步提高,以煤炭的化工转化保障关键能源领域中自给率的能源发展路线实质上意味着对能源产业链的重新构造:即将大部分由国外石油天然气资源支持的新增能源需求逐步转变到以国内煤炭资源支持的方向上,并形成一组新型的能源产业。
尽管煤化工产业与煤炭的直接燃烧一样存在着诸如二氧化碳排放、单位产品能耗较高、生产技术不尽完善、装置规模小于油气化工等问题,尽管近期内对煤化工产业存在多种质疑,政策也在调整过程中,但发展煤化工是中国保持必要能源自给率的唯一选择。随着经济规模的进一步扩大和能源消费的进一步增长,发展煤化工产业的作用将更为突出。除非我们准备承担全球石油市场的急剧动荡对经济发展的冲击。
三、煤的转化需要与能源的优化使用相结合
(一)煤转化技术的选择需要服从经济发展全局
2000年以来,我国的煤化工产业得到了迅速的发展。在“逢煤必化”的区域经济发展目标和巨大投资能力的推动下,短短数年间,煤化工产业的发展重点经历了在煤基甲醇、煤基二甲醚、煤制油、煤基甲烷以及煤基烯烃等主要领域。受市场容量、技术发展成熟程度以及煤资源利用本身的特点制约,在上述各领域中,均在不同程度上出现了多方面的问题,尤为突出的是生产能力的严重过剩、高能耗和温室气体排放。虽然这些问题的出现并不能否定煤炭转化液体燃料、气体燃料和化工原料的必要性,但从另一个侧面显示了合理选择煤转化的技术路线和产业发展模式是实现以煤为主战略的重要基础。
煤的分子结构是以带有侧链和官能团的缩合芳香环为基本结构单元,结构单元间通过各种桥键相连。在煤的结构内,除了含有碳和氢元素外,还有氧、氮、硫等元素,这些元素大多以官能团的形式存在于煤中。从元素组成看,煤的碳氢原子比显著地低于石油、天然气以及生物质。随着成煤时间和煤化程度的提高,煤中的官能团和烷基侧链逐步减少,固定碳的比重逐步增加,氢比重逐步减少。
基于煤的结构特点,从技术面看,煤的转化必需解决三个基本问题2:
一是将煤炭的大分子结构分解为烃类、一氧化碳和氢等小分子,为洁净化燃烧和化工转化利用奠定基础。二是调整煤炭中间产出物的碳氢原子比,使其达到最终产品所需要的碳氢原子比水平。三是脱除煤炭中氧、氮、硫等杂原子以及无机矿物质,使其达到最终产品需要的标准。
煤化工产业的技术路线,无论是热解技术、气化技术、直接液化技术,以及超临界水解技术均是围绕这些问题,通过对温度、压力、氧化剂、溶剂、催化剂等不同工作条件的选择,采用不同形式的反应器、罐、阀、管路、泵等技术手段组合,采用不同流程控制方式所形成的不同解决方案。
选用何种解决方案,或者何种解决方案更具有发展前景,需要权衡以下基本关系:
1、煤的转化方式需要与煤的自身特点相结合
煤炭本身含有各类碳氢化合物、氢、一氧化碳和硫化氢等可燃的可挥发性组分。褐煤和长焰煤中挥发性组分约占原煤干重的37%以上,不粘煤和弱粘煤中挥发性组分约占原煤干重的20―37%3。上述四大煤种约占我国煤炭资源储量的50%,且随新疆、内蒙、陕西等地长焰煤、不粘煤和弱粘煤新增储量的大幅度增加,这些煤种在总储量中的比重将会逐步增加。煤的转化应着力于采用低成本方式优先提取煤炭中的高挥发性组分,充分发挥煤炭本身的潜在价值。
2、煤的转化方式需要与能源的使用结构相匹配
在我国的能源使用结构中,煤约占能源消费量的75%,其中的70%作为动力煤供发电和工业锅炉等的燃烧使用。结合煤炭的使用结构,在电煤和一般工业用煤等动力煤进行的优化使用和洁净化使用中寻求煤转化的路线将可大幅度降低转化成本和提高转化价值。
3、煤化工产业的发展需要符合节能减排和资源循环利用的基本趋势
转化过程本身需要洁净化和低碳化,需要尽可能控制和降低煤炭转化利用中的能源消耗、温室气体排放和环境污染。
4、煤化工产业的发展需要充分考虑其他竞争性技术和竞争性资源开发的影响,以及新能源和可再生能源技术发展的影响
例如,来自中东的石油伴生气制甲醇、合成气和烯烃对煤气化制甲醇和烯烃的成本优势。
在诸多解决方案中,相对而言,煤的热解技术能够更好地满足上述这些要求,并可能为逐步解决煤化工产业现存的诸多问题发挥重要作用。
(二)煤热解技术和热解产物
煤热解是一类弱吸热反应,反应本身的能量消耗仅相当于原料热值的3―5%。在绝氧工作条件,温度的增加将会导致煤的大分子逐步解构,通过氢转移、脱氢和缩合反应,芳核逐步缩聚,从单环芳烃―稠环芳烃―多环芳烃―半焦,直至焦炭4。
煤的热解过程通常可以形成可燃气、焦油和半焦(或焦炭)等三类产出物,热解工艺的不同,三类产品的比例有着较大差别,并影响到最终的产品价值和对能源供应结构的影响。
热解焦油:煤热解过程形成的焦油通过加氢可以转换为汽油或柴油等轻质油,焦油的产出率和品质取决于热解过程的控制。在理想的工艺条件下,焦油产出率可以达到原料煤干重的20%以上。焦油加氢过程与石油工业中的重油和渣油加氢过程大体相似,可以作为石油工业的炼油原料用以生产各类油品。
可燃性气体:热解形成的可燃性气体的主要成份是甲烷、一氧化碳、氢和二氧化碳。在理想的工艺条件下,可燃性气体的产出率也可以达到原料煤干重的20%以上。在控制二次热解反应的条件下,可燃气热值约50%来自其中的甲烷。其余部分经过适当变换工艺和合成工艺,可以进一步转换为合成甲烷,或将其中的氢气用于焦油的精制。
热解半焦:半焦是一种优质燃料,其热值在20―30MJ/kg。半焦内部多孔隙结构,原煤中所赋存的硫、磷等化合物在半焦的生产过程中大部分已进入热解气体,因而具有低污染特征。半焦可以通过气化和直燃等方式应用于发电、热力以及其他工业用途。此外,半焦也可以替代无烟煤和焦炭用于工业造气生产化肥和工业还原剂。
(三)热解技术的主要优点
经过多年的研究和大量的试验装置运行,基本的共识是煤炭资源使用的合理方式是根据煤在不同转化阶段反应性的不同特点,采用分级转化、分组分利用的方式。热解技术则是分级、分组分利用煤炭的基本途径。通过热解过程,可以优先从煤炭析出焦油和可燃性气体等高附加值组分,提高煤炭中高附加值组分的利用率和碳的利用率,使煤炭达到最有效的应用,同时经济地解决煤炭利用过程中污染物的控制,实现传统污染物的近零排放。
从经济发展和保障能源供应的全局看,煤热解技术的大规模产业化具有重要的作用:
1、为石油天然气产业的发展开拓新的国内资源
2007年我国发电热力用原煤约15亿吨,发电热力用原煤总热值34.5EJ5 。如将其中60%由半焦替代,按等热值计算则需要半焦约8.3亿吨6 。在采用较成熟先进技术的条件下7,通过热解过程,至少可以从每吨原煤中获得20%左右的液体产品和可燃性气体产品,以及50%的产品半焦(扣除了过程加热用半焦)。换言之,每1亿吨原煤大体上可以产出1800万吨焦油和可燃性气体(原煤以10%含水量计),以及4500万吨左右的半焦(半焦含水量以5%计)。8.3亿吨半焦需要用原煤15.4亿吨,同时联产焦油和可燃性气体3.1亿吨。2007―2009年,我国的原油产量大体在1.8―1.9亿吨左右,天然气产量在692―851亿方。仅从热值计算,上述焦油和可燃性气体的产量已与国内原油和天然气产量大体相当。
2、提高油气资源的自给率,降低对进口原油和天然气的依赖
受制于国内油气资源的限制,随着国内能源需求的增长,进口原油和天然气的比重将会持续上升,到2020年甚至可能上升到70%以上。考虑到近年来国内汽车产业的增长极为迅速,届时的实际比例可能将更大。对于中国来说,数量巨大的油气产品进口本身将会对全球油气市场的供求平衡和价格带来重大的冲击,油气产品供应的稳定性和价格的波动也会对国内经济的稳定发展和能源成本带来重大的影响。如果中国的实际油气需求规模进一步增加,这种影响带来的动荡将更为突出。通过热解技术的大规模产业化,可以在保障发电、热力等产业用煤的同时,大幅度降低对进口油气资源的依赖。
3、显著提高煤炭资源开发的综合经济价值
在分级、分组的条件下,一方面通过对焦油和可燃性气体的深度加工,可以获得多种高附加值的化工产品、气体燃料、液体燃料及其他产品。液体和气体的综合产出率越高,高附加值部分产出率越大,煤炭的综合经济价值也越高。另一方面,热解产出的半焦本身既是一种洁净的燃料,也是一种优良的工业还原剂,可广泛应用于冶金、有色、化工等多种领域,具有高于原煤的经济价值。
4、为全面治理环境污染提供技术手段和基础
大规模使用煤炭的最突出问题是煤的污染特征。热解技术的大规模产业化可以全面提升治理环境污染的能力,较大幅度降低煤炭使用过程中二氧化硫等温室气体的排放量,推进煤炭洁净化利用的实质性进展。一是半焦在生产过程中大部分硫已进入液体和气体产物中。以半焦替代煤炭作为燃料可以大幅度降低发电、热力等产业的二氧化硫等等温室气体的排放量,并减少发电厂等燃烧装置脱硫的投资和运行成本。二是半焦本身是一种大空隙度、大比表面积的吸附材料,其功能大体类似于活性炭,但价格仅为后者的1/10至1/100。由于价格低廉,可以在污水处理、烟气处理等领域中全面推广半焦地应用,显著提高污染物的处理效率。三是用于烟气处理和污水处理的半焦在失效后仍可作为锅炉燃料和气化原料继续回收使用,进一步降低污染物的处理成本。
5、生产过程能耗较低
从现有的大型热解装置的运行实践看,热解工艺的能耗显著的低于气化方式。以产品热值计算,在热解方式下,半焦、焦油和可燃气的合计热值大体相当于原料煤热值的85%左右8。在气化路线下,煤制油和煤制甲醇等产品的热值仅相当于原料煤热值的40―50%9(以水煤浆气化为龙头,以2.5吨煤产1吨甲醇,4吨煤产1吨油计)。
6、可以较大幅度降低煤炭转化过程中的投资和成本
热解的单位投资远低于气化和直接液化路线。从榆林的实践看,以原料煤计算,低温干馏装置的吨煤投资在200元左右。采用技术较为先进的大连理工大学固体热载体热解装置,年原煤转化能力为60万吨,总投资仅为1.35亿元。吨煤投资也仅为200元左右。比较而言10,煤气化制甲醇、煤制油等装置的吨煤转化投资均在1000元以上。由于投资构成了固定成本中最主要的部分,单位投资的显著差距使热解技术在生产成本和抵制市场波动方面具有显著的优势。
综合上述讨论,可以看出煤炭热解产业在高油气产率的技术路线支持下,通过与发电、热力等用煤产业的协同发展,将可以发挥逐步重新构造中国的能源产业链的作用,并替代进口油气资源,承担起保障关键产品领域中能源安全的功能。
四、大规模应用热解技术需要解决的问题
从上世纪90年代中期,特别是近年以来,我国煤炭热解产业和热解技术得到较快的发展。从产业发展的现状看,大规模发展煤炭热解产业需要解决三个基本问题:第一是用先进热解技术逐步替代传统技术,提高热解的油气综合产出率以充分挖掘煤炭的资源潜力。第二是改变煤炭的使用方式,逐步在下游发电等产业中以半焦替代煤炭作为燃料。第三是开发半焦净化装置替代现有的电厂脱硫和烟气净化装置,以系统地降低煤炭使用过程形成的污染。
(一)煤热解产业的发展现状
总结近年来我国煤炭热解产业的发展历程,可以看到以下主要特点:
第一,煤热解产业已发展到相当大的规模。到2009年,陕西榆林地区的热解半焦(兰炭)生产能力已达到4000万吨,内蒙德鄂尔多斯地区生产能力1100万吨,宁夏的生产能力在500万吨左右,其他煤炭资源省区也有规模不等的发展。兰炭产业的发展对地区经济的发展发挥了重用的作用。
第二,煤热解产业的主要产品方向仍局限在以半焦(兰炭)为主要产品的发展阶段,焦油、燃气等高附加值产品的利用水平较低。半焦主要作为碳质还原剂已广泛应用于高炉喷吹、铁合金、电石以及合成氨等行业。由于这些市场的需求规模相对较小,在生产能力迅速发展的背景下,生产能力过剩状况日渐突出。同时由于油气产率低,半焦价格难以满足发电产业对燃料价格的要求。
第三,热解生产技术采取了由低向高逐步推进的方式,主流生产技术已从土法炼焦发展到以榆林三江炉(内燃内热式连续直立方型炉)为代表的具有较高热效率的炉型11,资源综合利用和环境保护的水平得到了一定程度的提高,但液体和气体综合产出率指标仍较低。
第四,部分较为先进的技术逐步进入热解产业。其中最具代表性的是榆林地区在2009年开始建设的半焦、焦油和煤气百万吨级项目。该项目采用了大连理工大学固体热载体工艺。单套装置规模达到年利用原煤100万吨级,在采用陕西神府煤的条件下,油气综合产率可达到20%。
第五,在研究领域中,国内相关研究机构和大学在广泛借鉴国外已有的大型试验装置和研究成果的基础上,对先进的煤热解技术进行了大量的探索和试验,在试验装置上取得了较为理想的成果,如液气综合产出率达到30―40%,加氢条件下半焦脱硫率达到90%等。
第六,由于缺乏足够的资金支持,大量的试验是在远远低于生产装置规模的水平上进行,进入后期的工程化和产业应用时,大量的工程技术问题需要重新认识和研究。
由于提高焦油和可燃性气体的产出率是热解产业提高综合经济效益的基本途径,逐步以先进的热解技术替代现有技术,提高液体和气体产品综合产出率已成为煤炭热解产业的基本共识。面临的基本问题与大多数产业的发展历程极为类似,即:如何使先进技术尽快实现大规模产业化,以实现产业升级。
(二)先进热解技术的产业化
综合现有的研究成果,先进的热解技术应当具有以下基本特征:
第一,液体和气体产出率达到原料煤干重的30%以上,对保障国家油气需求形成实质性贡献,并为提升热解过程的经济效益奠定基础。热解技术逐步向中温、快速热解、小直径煤粉、固体热载体、生物质共热解加氢方向发展,反映了提高油气综合产率的基本要求。
第二,热解半焦中的硫磷等杂质脱除率达到90%以上,为后续发电、热力等产业采用半焦替代原煤,实现传统污染物12近零排放奠定基础。在热解工艺中采用加氢、生物质共热解和选择适当的添加剂技术可在提高油气综合产出率的同时,较大幅度提高杂质脱除率。
第三,热解生产装置的大型化、连续化和低能耗。单套装置的年处理原煤能力达到200―500万吨,独立热解工艺的热效率应达到90%以上。这将导致大流量的自由落下式热解反应器逐步成为热解的主流反应装置,同时,需要强化对热解反应器和管路系统的保温,减少装置本身的热容以降低热解过程的热损耗。
第四,煤的热解过程与气化、发电等后续利用过程实行联合生产,以进一步降低系统能耗,特别是半焦直接进入锅炉或直接气化。
从技术面看,先进热解技术的产业化难度要远低于气化和直接液化。
从热解工艺特点看,以焦油和可燃性气体制取为主要目标的煤热解装置最高工作温度在600―700度,在这一温度条件下,绝大部分金属结构件和控制执行器件可以可靠地工作。
快速热解可以在数秒至数十秒间完成热解反应,并且可采用连续通过型工艺流程使物料快速且连续地通过反应器。因此,可使相同体积的反应器的处理流量增加,从而在较少的投资和较低的能耗水平上实现较大规模的生产能力。
装置流程短,系统相对简单。与煤气化工艺不同,煤炭热解工艺采取绝氧加热方式,生产流程不需要氧气支持,因此生产系统不需要大型空分装置。
在采用固体热载体加热的条件下,热解产出气体体积和产出气体中粉尘数量显著地少于气化装置。粉尘分离装置和气体净化装置的处理能力和处理难度均低于煤气化工艺。但是,热解焦油在管路系统中凝聚对装置的稳定运行会形成不利的影响。
目前,先进热解技术尚未经过大规模生产装置的验证,相关的装备制造业尚未形成。已有的装置大多是由研究机构自行设计和配套,相关产业经验严重不足,工作单元和功能模块间的匹配性较差,将这些实验室技术转变和集成为一个完整的生产体系仍将需要进一步的工作。这些因素将会对于先进热解技术的产业化进程带来一定的制约作用。
(三)逐步推广半焦在发电产业中的应用
煤的热解是一个多产品的生产过程,在获得焦油和燃气的必然同步副产大量的半焦。如果这些半焦不能得到有效的利用,焦油和燃气的生产自然也无法进行。由于工业还原和气化领域,如高炉喷吹、铁合金、电石行业以及合成氨等领域对半焦的需求量是有限的,因此,热解产业的发展规模,以及可以产出的焦油和燃气的数量是由半焦能够替代原煤作为发电用煤、供热用煤以及各类工业锅炉用煤的规模所决定。换言之,未来国家的油气资源自给率和能源安全在相当大程度上取决于半焦对原煤的置换率。
半焦本身是一种良好的固体燃料。与煤炭相比,有着多方面的优点:
一是半焦具有较高的热值、更好的孔隙结构、更好的可磨性,以及较低的含硫量及灰份。二是半焦可以通过气化工艺转变为以一氧化碳和氢为主的可燃性气体,用于燃气轮机联合机组发电。三是由于半焦中挥发份比重较低,且再挥发的温度较高,半焦的运输储存过程中热值损失极小。通常情况下,原煤在运输储存过程中的热值损失约占原煤热值的5―7%。四是在煤的热解过程中,较高的焦油和燃气产出率已经分担了绝大部分原料成本,作为发电燃料,比原煤有着显著的成本优势。
同时,由于在热解过程中原料煤中的挥发份大部分析出,从着火温度、燃烧反应活化能、最大燃烧失重速率、残碳率等技术分析指标衡量,来自各类煤种的半焦燃烧特性要低于烟煤而好于无烟煤13。因此,将半焦用于现有的粉煤锅炉或循环流化床锅炉需要对现有设备进行必要的改造,并对控制程序进行相应的调整。基于半焦在燃烧特性方面的局限,以及传统工艺生产的半焦价格偏高,因而在现有发电行业中,尚无大规模采用半焦作为燃料的案例。
五、创造一种新的产业发展模式
多年来,每当新的技术和新的产业机会出现时,一哄而上,攻城掠地,重复建设,而后问题重重、破产淘汰、拖累银行几乎成为中国产业发展的基本模式。煤热解产业要避免重蹈覆辙,需要一种新的产业发展模式。
结合热解产业发展的特点、现状和需要解决的主要问题,可能的发展模式至少应当包括以下几方面:
第一,以完善先进热解技术和半焦应用技术体系为起步。优先完善已有的先进热解技术,解决现存的技术问题,稳定提高油气综合产率到20―25%,实现工艺流程和功能单元的合理化、模块化。
第二,同步开发和研制焦油、燃气和半焦等中间产品的应用技术,重点解决半焦用于粉煤锅炉、循环流化床锅炉和半焦气化的相关技术问题,以保障产业化进程的展开。
第三,着力于相关生产装置的大型化和国产化。新技术产业化的关键在于大型成套生产装置的研制和大型成套装置的批量化生产,为避免前一阶段煤化工产业发展中过度依靠引进技术的状况重复发生,应将生产装置的大型化国产化作为产业化的关键和基础。
第四,以大型综合性示范基地建设为依托。建设一组采用不同类型的先进热解技术和中间产品应用技术的工业化中试基地和原煤转化能力100万吨以上的样板装置,以取得这些大型装置的设计、制造和运行经验。同步建设配套的煤炭生产基地,保证工业化中试基地和多个大型样板工厂的原料来源。
第五,以实体性产业联盟为载体。由大型煤炭生产企业、大型装备制造企业和具有研究基础的研究机构共同组成实体性产业联盟,共同承担技术和装置的研发、制造和大型综合性示范基地建设。
第六,选择具有产业经验和产业基础的地区为试验区。鉴于榆林地区的煤炭资源较适应于热解生产、煤炭热解产业发展规模最大,生产技术相对领先、中间产品加工初具规模,应重点考虑在榆林地区建立大型综合性示范基地。
第七,政策扶持与严格监管相结合。总结前一阶段煤化工产业的经验,在热解技术产业化的初期阶段,应严格准入管理,从严限制大型热解项目的审批,尤其需要限制利用借机圈占煤炭资源的现象发生,包括前一阶段中圈占了资源而不能履行承诺的煤化工项目借机拖延对资源的占用和转向煤炭开发。
第八,在取得经验的基础上,同步制定相关的产业政策和行业标准,包括准入规则、行业监管规则、工艺流程标准、产品标准等,为热解产业后续的发展创造有序的产业环境。
注:
1、对国际能源署对中国能源需求的预测数据存在不同的观点。但这一预测是分类数据较系统的预测,仅供参考。
2、舒歌平主编,煤炭液化技术,煤炭工业出版社,2003年。
3、国家标准局,《中国煤炭分类国家标准》GB5751-86
4、本部分论述综合自相关文献,由于作者的疏漏,未能查清出处,仅向相关文献的作者致歉。
5、根据国家标准,1吨原煤的热值为20.91GJ,10亿吨原煤的总热值为20.91EJ.
6、热解工艺的热效率可以达到85%左右,半焦、焦油和可燃性气体的产出率和热值因原料煤和热解工艺不同,有较大差别。这里仅按原煤估算。半焦热值每吨按25GJ,焦油热值每吨按30GJ吨,可燃性气体热值按每吨20GJ估算。原煤以10%含水率计,半焦含水率以5%计,焦油和可燃性气体忽略含水率。根据现有热解生产装置和实验室装置的运行和试验数据看,上述参数均属于适度先进水平。
7、以大连理工大学60万吨固体热载体热解装置,采用陕北神府煤为例。
8、兰新哲、尚文智等,陕北半焦炭化过程能耗分析,煤炭转化,第32卷,第2期,2009年4月
9、数据来自文献8唐宏青,科学发展煤化工的探索与建议,煤化工,2009年第1期(总第140期),2009年2月。
10、榆林发改委,转变观念 科学发展 做大做强兰炭产业,榆林兰炭产业调研报告。2008年4月。研究报告中的数据是以陕西榆林地区各类投资项目的实际数据或可行性研究报告数据为基础整理。
11、榆林三江炉的热解热效率达到85―87%。兰新哲、尚文智等,陕北半焦炭化过程能耗分析,煤炭转化第32卷第2期2009年4月
12、传统污染物是指在煤的利用过程中除二氧化碳以外的其他污染物质。
篇9
【关键词】生物质;直燃发电;大容量;电化联产
1.背景
能源是人类经济社会存在和发展的基础，同时也是影响社会发展的主要因素。随着经济社会的发展，人类使用的能源特别是化石能源所占的比例越来越多，能源对经济社会发展的制约日益突出，对赖以生存的自然环境的影响也越来越大。随着化石能源不断消耗造成的能源紧缺以及环境恶化等问题逐渐被人们所认识，世界各国越来越重视清洁能源技术的开发，其产业化利用比例也越来越大。在这其中，生物质能是除化石能源之外的第四大能源，具有清洁环保、可再生、资源总量大且分布广泛易获取的特点，且与化石能源一样可储存、可运输，可以转变为多种产品满足多种利用形式，是清洁能源的重要组成部分。当前，生物质直燃发电是生物质能规模化利用的主要方式，具有良好的社会效益和经济效益，已受到世界各国政府的高度重视。
2.发展生物质发电产业意义重大
目前，世界能源发展已进入新一轮战略调整期，各发达国家和新兴国家纷纷制定能源发展战略，大力开发生物质能，作为替代化石能源、保障国家能源安全和节能、减排的重要战略措施。作为当前生物质能规模化利用的主要方式，生物质发电产业的意义也越来越被人们所重视。
2.1 生物质发电产业对“新四化”中“城镇化”和“农业现代化”建设有促进作用
我国是农业大国，拥有丰富的生物质能资源，而最大量的生物质资源集中在农村。目前，生物质直燃发电项目一般都建设在粮食主产区如东北、华北、华中等地区，以充分利用当地的农作物秸秆的生物质资源。以装机容量为2.5万千瓦的生物质发电厂为例，年发电量可达1.5-2亿千瓦时，新增产值超亿元，同时，每年消耗各类农作物秸秆约20-25万吨，按照250元/吨计算，可为当地农民增加收入达5000-6000万元以上。另外，在农作物秸秆的收、加、储、运过程中，还为当地农民增加了各类就业机会。近几年，随着生物质发电产业的不断完善、稳定，各类农作物秸秆的需求量越来越大，也间接推动了农业机械装备的发展，从而进一步促进农业与农村的发展。
2.2 生物质发电产业是替代化石能源和节能减排的有效载体
与常规火力发电项目相比，生物质直燃发电项目普遍装机容量较小，但是，生物质直燃发电项目仅有不到10年的发展时间，从目前的现状和长期的发展趋势来看，随着生物质原料收集体系的不断成熟完善、人们清洁能源意识的不断提高，生物质发电产业具有很大的替代化石能源的潜力，更重要的是，发展生物质发电项目，能够有效处理原来被废弃的各类生物质原料，变无序处理为有效利用，在减少温室气体排放，降低城乡因秸秆焚烧引起的大气污染，改善环境方面等效果明显，据测算，一台装机2.5万千瓦的生物质直燃发电机组，与同类型火电机组相比，每年可减少二氧化碳排放约10-15万吨，且实现二氧化碳闭路循环，氮氧化物、硫氧化物以及粉尘的排放分别是化石燃料电厂排放标准的1/5、1/10 和1/28，节能减排效果突出。
3.生物质直燃发电技术简介
生物质能是太阳能以化学能形式储存在各类生物质原料中的能量，生物质直燃发电技术是将生物质能源转化为电能的一种技术。
生物质直燃发电项目的生产系统主要由生物质加工处理系统、输送系统、锅炉系统、汽轮机系统、发电机系统、化学水处理系统及除灰、除渣系统等各部分组成，主要生产过程是将生物质原料从附近各个收购站点运送至生物质电厂，经破碎、分选等加工处理后存放到原料仓库，然后由原料输送装置将其送入生物质锅炉燃烧，通过锅炉换热将生物质燃烧后的热能转化为高温、高压蒸汽，推动蒸汽轮机做功，最后带动发电机生产电能。生物质原料燃烧后的灰渣落入除灰装置，由输灰机送到灰坑，进行灰渣处理。烟气经过烟气处理系统后由烟囱排放入大气环境中。
生物质直燃发电与常规火电厂相比，原理上是相同的，但是，在原料供给体系和锅炉等方面存在一些差异。
4.生物质直燃发电项目发展现状和趋势
2006年12月1日投产的国能单县1X30兆瓦生物质直燃发电项目是我国第一个生物质直燃发电项目，拉开了国内生物质发电产业发展的序幕，由此，我国的生物质直燃发电项目开始进入了高速发展阶段。国家电网公司、华能集团、大唐集团、华电集团、国电集团、中电投集团、中节能公司等企业纷纷参与生物质直燃发电项目的投资、建设、运营，国内民营企业及外资企业也纷纷进入该领域，截至到2013年底，我国已成功投产运营生物质直燃发电项目的约162个，装机容量4070兆瓦。在我国的可再生能源发展“十二五”规划中，农林生物质发电利用规模将达到800万千瓦，可以预见，生物质直燃发电项目发展空间仍然巨大。国家发改委、国家能源局、国家环保部联合下发的《能源行业加强大气污染防治工作方案》（发改能源（2014）506号）中提出：“促进生物质发电调整转型，重点推动生物质热电联产、醇电联产综合利用，加快生物质能供热应用，继续推动非粮燃料乙醇试点、生物柴油和航空涡轮生物燃料产业化示范。2017年，实现生物质发电装机1100万千瓦”，可以看出，生物质发电项目作为国家调整能源结构，缓解能源开发利用与生态环境保护矛盾的重要手段，越来越受到重视。
5.发展生物质直燃发电项目的建议
从近几年的实践来看，我国生物质直燃发电项目单个装机规模普遍为12MW-30MW，装机规模小、受原料限制大、抗风险能力弱，能量利用率不高，从长期来看，生物质直燃发电项目除去在现有装机规模下发展生物质热电联产外，还可以发展大容量生物质直燃发电机组和电化联产等模式。
5.1 发展大容量生物质直燃发电机组
随着生物质直燃发电技术特别是生物质锅炉技术的不断进步以及世界范围生物质原料收、加、储、运体系的不断完善，发展建设大容量生物质直燃发电机组的条件逐渐成熟，大容量生物质发电机组在能量利用率、机组稳定性、经济性和节能减排方面的优势将会逐渐被认识。
5.2 电化联产
电化联产指的是生物质发电与生物质综合利用相结合一种生产模式，生物质发电系统提供各类能源，生物质综合利用系统提供各类深加工产品，二者有机结合，是生物质直燃发电产业调整转型的一个方向。如醇电联产生产方式就是通过纤维素乙醇系统和生物质发电系统将农林生物质资源的物质转化和能量转化结合起来进行耦合生产，可以进一步提高生物质原料的利用效率，较大程度实现生物质的能源化利用，实现了物质和能量的“分级转化-梯级利用”。
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不久的将来，石油大亨们面临的厄运远比昔日捕鲸者的处境更悲惨。其原因：一方面是全球的石油资源正在枯竭；另一方面是正在开发利用绿色与环保的新型能源。目前，各国的科学家们正在研究与开发的新型能源有：
植物光合能源
植物拥有的光合作用，使它们能有效地利用太阳光来合成养料，并将这些养料储存下来。鉴于植物的这一特性，科学家们希望在未来能够有效地利用植物的光合作用，帮助人类获取更多的太阳能，甚至再将太阳能直接转化为电能。
据悉，科学家未来研究的重点，是利用植物的特性，制造出一种新型的植物太阳能面板，以代替目前硅制的面板。据报道，美国桑迪亚国家实验室开展的这项研究前景相当诱人，科学家将从植物中提取有效成分，制造出一种特殊材料，并将其嵌入金属制的面板内。这种植物性材料一旦暴露在阳光下，就可以高效地吸收太阳能，并将所吸收的能量自动转化为电能。
微生物功能能源
早在1910年，英国植物学家迈科普·波捷尔就指出，如果对某些功能微生物提供一定的能量，那么这些微生物将释放出电流。如今在当捷拉·贝涅托领导下的一个英国专家小组正在继续进行这个课题的研究。他们所分离出的1ml功能微生物培养物为基础，用密度达每毫升1000亿个细胞的微生物构成发电组，终于释放出了大约0.2～1w的电能。当然，让功能微生物发电需要提供糖料作能源，因此这样的电池组的体积达10m3，假若每小时提供200kg的糖料作能源，那么该电池组所产生的电力将可以满足一个小镇居民的用电需要。如果一辆电动汽车以这样的微生物电池组作动力，那么汽车行驶100km所消耗的能源为4kg食糖。
日本一所工业大学和三菱公司合作，新近研制出一种微生物电池。这是将两种功能细菌放入糖浆中，一种细菌能吞食糖浆而产生氢，同时也产生醋酸和其他有机酸；另一种细菌则使这些酸类再次产生氢。当这些氢气被送入磷酸燃料电池时，便可发出电来。目前，这种微生物电池已在临床化验、科研、航天与探索宇宙等方面崭露头角。
今年，美国汽车制造商将向市场投放100万辆可变燃料车，提供乙醇的加油站也将增加33%。麻烦在于，目前美国生产的乙醇多数来自玉米，其生产过程需要消耗大量矿物燃料。伯克利的丹尼尔·卡门认为，以玉米为原料的乙醇是一种“过渡”性燃料。他说：“要想让乙醇对减少汽油消耗和缓解全球变暖等问题发挥作用，我们开始在大范围内从玉米乙醇转向纤维素乙醇。”纤维素乙醇由柳枝稷、木屑和玉米穗轴一类的农业废料制成。
今天，用于制造这种燃料的酶价格昂贵。但是，解决办法将“很巧妙”。能源部联合基因组研究所所长埃迪·鲁宾说：“白蚁尾肠中的微生物能把植物纤维素转化为碳水化合物。我们正在对这些微生物的DNA进行排序，以便最终考虑通过生物工程培育出新的有机体以分泌这些酶。”换句话，从本质上说，我们的汽车不久将由虫子的功能体液来提供动能。
藻类生物质能源
既不消耗煤、石油等不可再生能源，又不会向大气释放导致全球变暖的二氧化碳的海藻生物质能源利用已经试验成功。英国西英格兰大学已研制成一台可发50～100kw电能的实用型样机。
人类早就产生了利用燃料海藻发电的设想，只是有两大难题没有解决：高效培植海藻和提供给引擎燃烧的方法。西英格兰大学的科研人员通过以下三个方面的革新，解决了上述难题。第一，是建造了海藻生长容器——生长室，海藻在里面比在自然界生长的效率高三倍多，利用太阳能的效率也比自然界高出三倍。第二，是把海藻磨成细粉，使海藻能像传统引擎内喷入的油料一样高效燃烧，而燃烧产生的二氧化碳，被送至海藻生长室，通过光合作用生成氢气。在高浓度二氧化碳作用下，海藻生长得更快。第三，海藻生长过程与引擎结合为一个整体。
藻类是前景最为看好的新一代生物能源的材料。它生长速度快，能消耗二氧化碳。据统计，1英亩藻类每年生成的生物燃料可以超过5000加仑，而1英亩玉米每年生产的乙醇仅为350加仑。藻类燃料的另外一种优势是，可以直接添加到当前的提炼和分销系统里。而且，藻类生物质能源是可再生循环过程，不污染环境，其发电成本与火力发电差不多，有较高的利用价值。
塑料光生能源
塑料光生能源是把光生伏打电池嵌入塑料薄膜的表面，制成太阳能发电薄膜或模块。这种太阳能发电薄膜廉价、转换效率高，可以有多种用途，这种光生能源可最终使太阳能发电具有普及化的市场竞争力。在美国马萨诸塞州有个Konarka技术公司，该公司正在开发把二氧化钛及一种吸收光的染料涂覆在塑料薄膜的表面，染料分子吸收的光子激发二氧化钛的电子从而发电：西门子的开发则是把一种纳米级的碳60分子同导电的聚合物熔融在一起制成塑料太阳能电池；而美国通用电气公司的新课题是利用一种有机发光二极管作为吸光材料来制造塑料光电池。在未来，塑料光生能源产生的效益将是巨大的，它可以贴在笔记本电脑外壁，随时在光照条件下对电脑充电；也可以装在电动汽车车身为电动机供电；住宅、厂房与办公大楼的屋顶更可以覆盖塑料光电池，以供应日常用电。
纳米型光电能源
加州大学柏克利分校的化学家保罗·阿利维赛多正在研究使用超微（7nm×60nm）的化学物质cadmium telluride，以通过太阳光的光子能量吸收来引发电能。这种超微物质可以系统地铺成一面200nm厚的光电能量控。
这样的纳米型光电能量控就可以轻易地应用到建筑物上，很有效地把巨大的太阳能以电力方式储存起来。保罗·阿利维赛多的发明成为现实后，能够很大程度地减少我们对石油的依赖。
光聚液体能源
太阳每一个小时照射到地球上的能量，就比人类一年消耗的能量还多。如果科学家能够将过剩太阳能转化为光聚液体燃料，哪怕只是一小部分，就能解决我们对化石燃料的依赖，以及由此带来的种种问题。其中美国桑迪亚国家实验室开展的一项尝试非常吸引人。
该实验室在新墨西哥州的沙漠中安装了一些直径6m的圆盘状镜面，能将太阳光聚集照射到里面12个以每分钟一圈的速度旋转的同轴圆环上。旋转的同轴圆环温度高达200～800℃，如此高的温度能驱出铁锈里的氧。当如此高温的同轴圆环转到反应室较冷的暗处时，它们又能从注入反应室里的水蒸气或二氧化碳中把氧吸回去，剩下富含能量的氢气和一氧化碳——光聚液体燃料。
这种液体能源系统“可谓一石四鸟”，即带给我们更清洁的能源供应，又有更高的能源保障，还有更低的二氧化碳排放和更小的气候变化影响。
热电子能源
目前市场上的太阳能电池，只能将接收到的阳光能量的10%至15%转化为电能，以致发电成本居高不下。原因之一是单层硅吸收阳光的效率，理论上限大约是31%（实验室中最好的光电池可以达到26%）。但是，英国皇家能源研究所对半导体晶体（或称为“量子点”）的最新研究表明，这一理论上限可以提高到60%以上，这为开发低成本发电设备带来了希望。
在传统光电池中，硅中的电子被射入的光子击出而成为自由电子，能够自由地流入导线，从而产生电流。不幸的是，阳光中许多光子能量太高，当它们击打到硅上时，会产生一种“热电子”，它们会以热的形式迅速损失能量，在被导线捕捉到之前又重新回到初始状态。如果能在热电子冷却前就捕捉到它们，那么光电池的效率上限就会翻一番。这也是英国皇家能源研究所计划在十年内实现的科研目标。
废热再生能源
形状记忆合金利用废热带来额外能量
在美国，人们消费的能源中，有60%白白浪费掉了，其中大部分以热的形式从汽车排气管和发电厂的烟囱中逃走。美国联邦新能源研究所的科学家正试图利用一种被称为“形状记忆合金”的新型材料，来捕捉这些宝贵的能量。形状记忆合金能将热能转化为机械能，进而产生电力。该研究所的第一个目标是，回收汽车排气系统中散发的热能，驱动车载空调或音响系统。
该研究所的研究课题并不复杂，但离实用仍很遥远。形状记忆合金容易疲劳，会变得脆而易碎；需要连续处理3个月才能重新回到“本态”的形状记忆；合金线很难组合成带；如何解决利用空气来有效加热和冷却合金带也是一个挑战。但是，科学家们认为：如果解决这些难题之后，废热再生能源将会推动地球环保的文明程度。
人造龙卷风能源
龙卷风和地震、火山一样，是一种巨大的自然灾害。它威力无比，一场龙卷风所释放出的能量，相当于几颗原子弹。它在一分钟内所产生的能量，用以发电，足够美国用上50年。目前，人类尚不能控制龙卷风使它趋利避害为人们服务。但已有科学家根据龙卷风形成原理，制造人造龙卷风，用来发电。
美国空气动力学家伊约粤森研制了一种龙卷风模型，是将一塔形建筑四周全用板条间隔成方格小窗，朝风的一面开着，背风的一面关着，风吹进塔内开始旋转，形成小龙卷风。塔内装有螺旋风转动叶轮，当龙卷风将下方的空气吸入塔时，叶轮转动，推动发电机发电。这种龙卷风比装有同样大小口十轮的风车，功率高10倍。
科学家还提出了太阳能龙卷风发电站的设想：铺设一个大面积的，完全透明的圆形塑料薄膜顶棚，棚四周向中心逐渐升高，并与中心的烟筒塔相连。当塑料棚内的空气温度，因吸收了由太阳辐射转换成的地面辐射后，上升到20～50℃时，空气便流向筒状高塔，再沿高塔上升，于是带动塔中叶轮。就是外界无风，塔内的气流速度也能达到每秒60m，即龙卷风速，这种电站的功率可达70～100万kw。
核聚变能源
自然界中，太阳的光和热源自核聚变；氢弹的能量也来自核聚变。物理学家和工程师数十年来也一直在努力研究如何通过核聚变发电。现在，研究人员能够轻松制造出可控核聚变反应——只要让氢原子核足够猛烈地碰撞压缩到一起，它们就会融合，并释放出中子和能量。然而，要让核聚变用于发电，就必须做到更高效，以使反应所释放的能量大于触发反应（被称为“点火”）所需的能量，这是科学界的一道难题。
核聚变发电是21世纪正在研究中的重要技术，主要是把聚变燃料加热到1亿度以上高温，让它产生核聚变，然后利用热能。因此，美国利弗莫尔国家实验室国家点火装置（National lgnition Facility）的科学家设计出一套新方案：用核聚变来驱动裂变，利用原子分裂产生的能量来驱动传统核反应堆，有望利用这一机制运作的实验性核电站有望在20年内建成。
